細胞色素酶CYP2E1與芳香族底物結合的生物信息與結構生物學研究.pdf

1、細胞色素酶P450家族是和人體內藥物代謝關系最為密切的一類藥物代謝酶大家族。CYP2E1，作為細胞色素酶家族的一員，負責其中6％的藥物代謝，并且其代謝的藥物種類相當廣泛，有著很不同的結構和化學性質，比如，酒精類，單環(huán)小分子，兩元雜環(huán)小分子，甚至是脂肪酸。然而，最近展示的CYP2E1晶體結構表明，它有著細胞色素酶家族中最小的活性口袋容積，另外除了通往活性位點的離子通道，它附近還存在著另一個小型的空間，這在細胞色素酶家族中十分罕見。作為這么

2、一個有限的空間，它是如何做到代謝這么多不同性質的底物的，這是個很值得研究的問題。不僅如此，CYP2E1針對單環(huán)小分子底物也在一些代謝反應時顯示了反常的動力學曲線，這顯示了兩個小分子可能同時結合在酶上的負協(xié)同效應，引起代謝抑制?，F(xiàn)在關于CYP2E1的底物代謝多樣性和其負協(xié)同效應的研究并不十分透徹。所以本著進一步了解CYP2E1活性位點的特性的目的，我們選取五個不同結構、性質的芳香環(huán)小分子（苯，苯胺，對乙酰氨基酚，氯唑沙宗和茶堿）對接進入C

3、YP2E1的晶體結構，接著進行5ns的分子動力學模擬，來研究它在人體內的底物代謝多樣性的機理。同時，為了進一步了解負協(xié)同效應的機制，苯胺作為有著最小取代基的芳香單環(huán)底物，被挑選出將一個以及兩個小分子對接入CYP2E1蛋白質，并進行10ns的分子動力學模擬。得到結果之后我們又進行了很細致的均方差位移，近距離相互作用分析。對于探索負協(xié)同效應部分，我們又進行了協(xié)相關度的分析和吉布斯結合自由能的計算，得到了很有價值的成果。模擬展示了芳香小分子和

4、CYP2E1的活性位點相互作用主要通過和Phe106，Phe116，Phe207，Phe298以及Phe478的π-π堆積芳香相互作用，幾乎沒有氫鍵作用。并且不同的小分子蛋白復合物根據(jù)結合能產生的構象聚類特征和分子動力學模擬中由于分子運動所產生的結構特征，在決定代謝產物多樣性方面起了重要作用。單產物的小分子通常只具有一個基于能量的構象聚類結果，比如苯和氯唑沙宗。而產物越多，其聚類結果越多樣，動力模擬的活動越活躍，比如對乙酰氨基酚，有著四

5、個可能的代謝位點，甚至在模擬過程中由于活動性太高，進入了活性口袋附近的小空間內。另外，CYP2E1的負協(xié)同作用來源于第二個單環(huán)小分子通過和Phe478，連接離子通道和活性位點的最重要的殘基，產生π-π堆疊，并加強活性位點的小分子同樣和Phe478產生的偏移平行π-π堆疊，產生能量穩(wěn)定的三疊體π-π堆疊，限制并擾亂了待反應小分子的正?；顒印５诙€小分子的進入也降低了在小分子定位上最關鍵的Thr303的活性。所有這些發(fā)現(xiàn)都為CYP2E1的底